Виктор Васильевич Бурцев

МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

«Расчет одноковшового гидравлического экскаватора»

Методические указания к выполнению

Курсового и дипломного проектирования

Для студентов инженерно-строительных

Специальностей всех форм обучения

Алматы 2006

УДК 621. 878 (075.8)

Составители: Бурцев В.В., Мауленов Ж.К.,

Карпыков С.С., Нурпеисова С.А.

Методические указания к выполнению курсового и дипломного проектирования «Расчет одноковшового гидравлического экскаватора» по дисциплине «Машины для земляных работ» для студентов инженерно-строительных специальностей всех форм обучения. – Алматы: КазГАСА, 2006. – 41 с.

Методические указания к курсовому и дипломному проектированию разработаны в соответствии с программой курса «Машины для земляных работ» для студентов инженерно-строительных специальностей и содержат сведения по объему и содержанию проекта, материалы по общему расчету экскаватора, определению нагрузок на оборудование экскаватора и основных технико-экономических показателей его работы.

Библиограф. 5 назв.

Утверждено Методическим советом КазГАСА, протокол №___ от «___» ______200__ г.

Печатается по плану издания Казахской головной архитектурно-строительной академии на 2005-2006 уч. год.

Рецензент: Кашкинбаев И.З., канд. техн. наук, ассоц. проф. КазГАСА

Ó Казахская головная архитектурно-строительная академия, 2006

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Целью курсового проекта является закрепление и практичес­кая апробация знаний, полученных при изучении курса «Машины для земляных работ». Студентам предлагается проектирование наиболее распространенной землеройной машины - одноковшового строительного экскаватора с рабочим оборудованием обратная лопата.

Задания на курсовой проект выбираются из таблицы 1. Цифры указывают порядковый номер студента в списке группы.

Курсовой проект включает пояснительную записку и графическую часть. Пояснительная записка выполняется в объеме 30-35 листов рукописного или 20 – 25 листов компьютерного текста на стандартной бумаге формата А 4. Графичес­кая часть проекта включает 3-4 листа чертежей и расчетных схем, выполненных на листах ватмана формата А 1.

Пояснительная записка должна содержать введение, обоснова­ние принятого технического решения с указанием выбранного прототипа, описание конструкции, общий расчет экскаватора, расчет прочности и надежности одного из узлов рабочего оборудования, расчет технико-экономических показателей работы машины в за­данных условиях эксплуатации, список использованной литературы и оглавление. Текстовой материал пояснительной записки обяза­тельно иллюстрируется необходимыми таблицами, рисунками и схемами, выполненными в соответствии с ЕСКД.

Графическая часть проекта должна содержать: лист I - расчетные схемы по определению сопротивления грунта копанию, для расчета внешних нагрузок, действующих на элементы рабочего обо­рудования при различных режимах работы экскаватора, определения координат центра давления, а также для определения устойчивости агрегата; лист 2 - конструктивная проработка од­ного из основных узлов рабочего оборудования экскаватора или сборочный чертеж рабочего органа; лист 3 - сборочный чертеж од­ного из гидроцилиндров; лист 4 - деталировка разрабатываемого узла по согласованию с руководителем проекта.

Пояснительная записка и графическая часть проекта должны быть выполнены в строгом соответствии с ЕСКД и соответ­ствующими стандартами.

Таблица I. Варианты заданий

№№ зада­ний	Исходные данные	Разработать в проекте
q м^3	П э, м^3/см	Н к м	Категория грунта	К у МПа	Ходовое оборуд.^*	Рабочее обор^**	Экскаватор- аналог
	0,6	—	4,5	1...1У	0,22	Г	1;3	ЭО-3122	0В; I; 3; 5
	—		4,5	1...Ш	0,18	П	1;3	ЭО-3322	0В; I; 3; 5
	0,7	-	5,9	1...1У	0,25	Г	I; 3	ЭО-4121	0В: I; 3; 5
	0,5	—	5,0	1...1У	0,30	Г	2; 4	ЭО-3121	0В; 2; 4; 5
	—		5,8	1...Ш	0,20	Г	2; 4	ЭО-4121	0В; 2; 4; 5
	1,0	—	7,7	1...ДУ	0,24	Г	I; 4	ЭО-5123	0В; I; 4; 5
	0,7	—	4,9	1...П	0,07	Г	2; 3	ЭО-3124	0В; 2; 3; 5
	—		4,5	1...1У	0,25	П	2; 3	ЭО-4321	0В; 2; 3; 5
	1,5	—	5,5	1...Ш	0,16	Г	I; 3	ЭО-5124	0В; I; 3; 5
	0,75	—	5,0	1...П	0,08	Г	2; 3	ЭО-3122	0В; 2; 3; 5
	—		4,8	1...1У	0,22	П	2; 3	ЭО-3323	0В; 2; 3; 5
	1,2	—	5,7	1...П	0,15	Г	I; 3	ЭО-4121	0В; I; 3; 5
	0,5	—	5,3	1...1У	0,25	П	2; 4	ЭО-3322	0В; 2; 4; 5
	—		6,1	1...Ш	0,20	Г	I; 3	ЭО-4121	0В; I; 3; 5
	1,8	—	5,0	1...Ш	0,18	Г	I; 3	ЭО-5124	0В; I; 3; 5
	1,2	—	5,0	1...ІІ	0,10	ГУ	2; 3	МТП-71	0В; I; 3; 5
	—		4,7	1...ІІ	0,12	П	I; 3	ЭО-4321	0В; 2; 3; 5
	1,3	—	6,4	1...Ш	0,18	Г	I; 3	ЭО-5122	0В; I; 3; 5
	0,45	—	4,5	1...1У	0,22	Г	I; 3	ЭО-3122	0В; I; 3; 5
	—		4,6	1...П	0,07	П	I; 3	ЭО-3322	0В; Г; 3; 5
	0,90	—	7,0	1...Ш	0,19	Г	I; 4	ЭО-4124	0В; I; 4; 5
	0,75	—	4,8	1...П	0,08	ГУ	2; 3	ЭО-3221	0В; 2; 3; 5
	—		5,5	1...П	0,10	ГУ	2; 3	МТП-71	0В; 2; 3; 5
	1,90	—	6,8	1...П	0,16	Г	I; 3	ЭО-5123	0В; I; 3; 5
	0,50	—	4,5	1...Ш	0,12	П	I; 3	ЭО-3322	0В; I; 3; 5
	—	—	4,2	1... 1У	0,25	П	I; 3	ЭО-3322	0В; I; 3; 5
	—		6,6	1...Ш	0,20	Г	I; 3	ЭО-3322	0В; I; 3; 5

* Ходовое оборудование: Г – гусеничное; ГУ – гусеничное уширенное;

П- пневмоколесное. ** - Рабочее оборудование: стрела: 1 - моноблочная;

2 - составная; рукоять: 3 – нормальная; 4 – удлиненная. *** ОВ – общий вид машины в двух проекциях; 5 – ковш.

1. ОДНОКОВШОВЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ЭКСКАВАТОРЫ

1.1 Общие сведения

Одноковшовый экскаватор – это самоходная землеройная машина с рабочим органом в виде ковша, предназначенная для разработки грунтов и перемещения их на определенное расстояние с выгрузкой в транспортные средства или отвал.

Одноковшовый экскаватор является основной землеройной машиной, которая широко применяется в гражданском, промышленном, гидротехническом и транспортном строительстве. Этими машинами выполняется до половины объемов земляных работ. С их помощью отрывают котлованы, траншеи, каналы, а также разрабатывают выемки, насыпи и отделывают откосы и стенки.

Одноковшовые экскаваторы могут разрабатывать грунты І - ІV категорий без предварительного рыхления забоя. Тяжелые мерзлые и скальные грунты разрабатывают с предварительным их рыхлением взрывом или с помощью рыхлителей.

Одноковшовыми экскаваторами можно разрабатывать грунт как выше, так и ниже уровня площадки их установки. Они могут работать в стесненных условиях и разрабатывать грунт под водой.

В строительстве наибольшее применение получили одноковшовые экскаваторы с гидравлическим приводом, оборудованные обратной лопатой, которые имеют значительные конструктивные, технологические и эксплуатационные преимущества по сравнению с экскаваторами с гибкой канатной подвеской рабочего оборудования. Установка на экскаваторах с гидравлическим приводом оборудования обратной лопаты позволяет получить на зубьях ковша усилия, в 3-4 раза превышающие усилия, развиваемые подобным оборудованием канатных машин такой же мощности и массы. Это существенно расширяет область их применения.

Главным направлением технического прогресса гидравлических экскаваторов является повышение рабочего давления насосов и двигателей (до 40... 50 МПа), что уменьшает габариты и массу гидравлического оборудования.

Для эффективного выполнения разнообразных земляных и других работ в строительстве экскаватор может быть оснащен несколькими видами (до 40 видов) сменного рабочего оборудования. Поэтому строительные экскаваторы называют универсальными.

1. 2 Особенности конструкций и рабочие процессы

гидравлических экскаваторов

Рабочее оборудование гидравлических экскаваторов, как правило, приво- дят в действие гидроцилиндры; механизмы поворота – гидроцилиндры или гидромоторы; механизмы передвижения – гидромоторы. Рабочие давления в гидравлических экскаваторах ко­леблются в пределах 10—35 МПа (100—350 кгс/см²).

На гидравлических экскаваторах устанавливают 2—3 рабочих гидронасоса с двумя или тремя независимыми потоками рабочей жидкости, что позволяет совмещать отдельные операции, сокращая общую продолжительность цикла. Как правило, совмещают поворот ковша и поворот рукояти, поворот платформы и подъем стрелы.

На рис.1 приведены схемы гидравлического одноковшового строительного экскаватора с отдельными видами сменного рабочего оборудования. Основные элементы широкой номенклатуры сменного рабочего оборудо­вания гидравлических экскаваторов, как правило, унифицированы.

Рис. 1. Схемы гидравлических экскаваторов:

а — без рабочего оборудования; б — с оборудованием прямой лопаты; в — с погрузочным оборудованием; г — с оборудованием обратной лопаты с сочлененной стрелой; д — с оборудованием обратной лопаты и моноблочной стрелой; е — с грейферным оборудованием; ж — с оборудованием рыхлительного зуба; 1 — поворотная платформа; 2 — противовес; 3  кабина; 4 — стрела; 5 — гидроцилиндр подъема и опускания стрелы; 6  опорно-поворотный круг; 7 — ходовое устройство; 8 — гидроцилиндр управления рукоятью; 9 — то же, ковшом; 10 — рукоять; 11 — ковш

Один из ва­риантов схемы такой унификации показан на рис. 2. Основными эле­ментами рабочего оборудования являются коренная часть стрелы 1, концевая часть ее 3, рукоять 5, гидроцилиндры 2, 4 и 6 подъема стрелы, рукояти и ковша. Эти элементы сочетаются с рабочими органами: ковшом обратной лопаты 12, ковшом прямой лопаты 8, погрузочным ковшом 9, грейфером двухчелюстным 10, грейфером многочелюстным 7, рыхлителем 11 и др.

Оборудование для планировочных работ в силу специфики обычно не унифицируют с элементами основного оборудования и выпускают как специализированное.

Рис. 2. Схема гидравлического экскаватора и унификации

его рабочего оборудования.

Для выполнения земляных работ малых объемов экскаваторное рабочее оборудование иногда устанавливают на пневмоколесных тракторах (рис.3). В этом случае его крепят на раме трактора с помощью дополнительной колонки 7и могут поворачивать относительно нее на угол около 150°.

Копание может производиться поворо­том ковша из пунктирного положения в положение 1 или поворотом рукояти с пе­ремещением ковша в поло­жения 1,...,V. Чаще всего при копании обратной лопатой первоначально зарезаются в грунт поворотом ковша, а затем заполняют ковш, срезая стружку поворотом рукояти. После выхода ков­ша из забоя стрела с рабочим оборудованием и заполненным ков­шом поднимается, а поворотная платформа (или колонка) вместе с рабочим оборудованием поворачивается к месту выгрузки. Выгруз­ка происходит при повороте ковша, после чего платформа возвра­щается в первоначальное положение, и ковш опускается в забой. Благодаря многопоточной системе привода машинист может включать одновременно два или три движения, совмещая их по вре­мени, что существенно сокращает общую продолжительность рабочего цикла и повышает производительность экскаватора.

Рис. 3. Неполноповоротный гидравличе­ский экскаватор,

оборудованный обрат­ной лопатой.

Устройство полноповоротного гидравлического экскаватора с рабочим оборудованием грейфера показано на рис.4. Грунт за­черпывается при смыкании челюстей 6 под действием гидроци­линдра 5. При этом режущая кромка грейфера перемещается по траектории 1,...,У, соответствующей неподвижному расположению точки А. Рукоять 4 соединена гидроцилиндром 3 со стрелой 2, а стрела 2 гидроцилиндром 1 с поворотной платформой экскавато­ра, благодаря чему напор на грунт создается силой тяжести всего экскаватора. Вследствие этого могут преодолеваться высокие зна­чения касательных и нормальных составляющих сопротивления ко­панию. После подъема стрелы и поворота платформы гидромото­ром 7 грунт выгружается раскрытием челюстей грейфера.

Рис. 4. Гидравлический экскаватор, оборудованный грейфером.

Устройство телескопического планировочного оборудования по­казано на рис. 5. Рабочее оборудование совершает следующие движения: поворот ковша 8 гидроцилиндром 6; втягивание и выдви­жение внутренней части стрелы 5 по отношению к наружной части стрелы 4; поворот стрелы относительно собственной оси в обойме 3 при помощи гидроцилиндров 7; качание стрелы в вертикальной плоскости относительно цапф 9 при помощи гидроцилиндров 2.

.

Рис. 5. Устройство телескопического планировочного оборудования.

При планировке откоса, как показано на рис. 5, ковш заглу­бляется в грунт поворотом относительно оси, соединяющей его со стрелой. Равномерная стружка по всей длине откоса снимается пря­молинейным телескопическим движением стрелы. После заполнения ковша стрела поднимается, и платформа 1 по­ворачивается к месту выгрузки. При обратном повороте платфор­мы стрела выдвигается и опускается в забой. Последующий слой грунта снимается после передвижки экскаватора на новую пози­цию. Планировка откоса может производиться при расположении стрелы перпендикулярно бровке откоса или под некоторым углом в плане. В последнем случае стрелу поворачивают относительно своей оси так, чтобы режущая кромка ковша занимала наклонное положение, параллельное планируемой плоскости.

Схема устройства шарнирно-сочлененного планировочного обо­рудования показана на рис. 6. Это оборудование совершает сле­дующие рабочие движения: поворот ковша 1гидроцилиндром 2; плоскопоступательное перемещение ковша двухпараллелограммной рукоятью при помощи гидроцилиндра 7; поворот ковша 1относительно шарнира 9рукояти в плоскости, перпендикулярной направлению копания при помощи гидроцилиндров 5; поворот ру­кояти гидроцилиндрами 5; подъем и опускание стрелы 6при помо­щи гидроцилиндров 4.

Подъем и опускание стрелы позволяет планировать горизон­тальные площадки выше или ниже уровня стоянки (рис.6). По­следовательность выполнения работ шарнирно-сочлененным пла­нировочным оборудованием такая же, как и телескопическим.

Рис. 6. Шарнирно-сочлененное планировочное

оборудование экскаватора.

2. РАСЧЕТ ОДНОКОВШОВЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ

ЭКСКАВАТОРОВ

2.1 Цели и задачи общего расчета. Исходные данные

В результате выполнения общего расчета экскаватора должны быть определены его основные параметры, которые, имея самостоятельное значение, как составная часть технического зада­ния на проектирование экскаватора, используются также для выбора по ним силового и другого оборудования (двигателей, гидромашин и т. п.) и как исходные для прочностных и других видов расчетов.

Общим расчетом определяются основные параметры базовой части экскаватора, размеры элементов рабочего оборудования, рабочие размеры экскаватора, расчетные нагрузки, силовые и кинематические характеристики исполнительных и передаточных механизмов, продолжительность выполнения операций и рабочего цикла в целом, теоретическая производительность экскаватора. В состав общего расчета включается также выбор гидроцилин­дров, гидромоторов и насосов (для гидравлических экскаваторов), выбор двигателя.

2.2 Исходные данные для проектирования

В качестве исходных данных для расчета обычно используют требуемые технологические показатели машины и расчетные характеристики разрабатываемых грунтов.

Рабочее оборудование – обратная лопата

Категория разрабатываемого грунта ……..

Вместимость ковша q, м³

Производительность эксплуатационная П_э, м³/см

(включается, если не задана величина q)

Наибольшая глубина копания Н_к, м

Радиус копания (на уровне стоянки экскаватора) R_к, м

Вид грунта -

Удельное сопротивление грунта копанию К_к, МПа

Плотность грунта ρ, кг/м³

Ходовое оборудование - гусеничное или пневмоколесное

По этим исходным данным на первом этапе общего расчета определяют ключевые параметры  вместимость ковша и массу экскаватора, через которые в последующем расчете может быть определена часть основных параметров. Остальные параметры определяют, исходя из физического существа рабочего процесса экскаватора по условиям обеспечения его работы в заданных режимах.

2.3 Определение вместимости ковша, массы и основных размеров

базовой части экскаватора

2.3.1 Вместимость ковша

Вместимость ковша задают на стадии проектирования или определяют методами оптимизации, используемыми при разработке параметрических рядов экскаваторов, положенных в основу построения стандартов на их основные параметры. В соответствии с этими стандартами на рис.7 приведены графики зависимостей вместимости ковша q_э от обобщенного параметра Н_к R _к (Н_к и R _к - максимальные кинематические глубина или высота и радиус копания) для некоторых видов рабочего оборудования гидравлических (кривые 1, 2 и 4) и канатных (кривые 3 и 5) экскаваторов, которые в первом приближении можно предположить линейными [1].

Если в задании приведена сменная эксплуатационная производительность П _э, м³/см, то ориентировочно вместимость ковша можно вычислить из выражения

q = П_э t _ц k _рых / 3600 t _см k _н k _в, (1)

где t _ц – продолжительность цикла, с; принимается для строительных экскаваторов с П_э ≤ 1500 м³ /см; t _ц = 16…20 с;

t _см - продолжительность смены, ч;

k _рых и k _н - соответственно, коэффициенты разрыхления грунта и наполнения ковша (табл. 2); k _в - коэффициент использования машины по времени в течение смены, принимается k _в = 0,8…0,85.

Рис. 7. Графики зависимостей вместимости ковша от обобщенного параметра Н_к R _к для гидравлических экскаваторов с различным оборудованием:

1 – грейфера; 2 – обратной лопаты; 3 – канатных прямых лопат; 4 – прямой лопаты; 5 – драглайна

Таблица 2. Значения удельного сопротивления грунта копанию k _к, коэффициентов разрыхления грунта k _рых и наполнения ковша k _н [3]

Кате- гория грунта	Вид грунта	k к, кПа	k рых	k н
І	Песок, супесь, мягкий и разрыхленный суглинок	16…80	1,08…1,1	0,95…1,0
ІІ	Суглинок без включений, мягкая, влажная и разрыхленная глина	70…160	1,1…1,2	1,0…1,05
ІІІ	Суглинок плотный, глина средняя, крепкая	120…250	1,24…1,3	1,1…1,2
ІV	Суглинок крепкий со щебнем, глина крепкая и очень крепкая	220…360	1,26…1,32	1,1…1,2

2.3.2 Масса экскаватора

Все новые основные зависимости и эмпирические уравнения по определению основных параметров экскаваторов базируются на рабочей массе экскаватора m_э. Ориентировочно на стадии предварительных расчетов масса экскаватора (т) может быть определена по закону подобия из уравнения

q_э

m_э = ——— m_эа = К_у q_э, (2)

q_эа

где m_э , m_эа – масса проектируемого экскаватора и прототипа (экскаватора- аналога, ближайшего по значению q с аналогичным рабочим оборудованием); q_э, q_эа – вместимости ковша проектируемого экскаватора и прототипа;

К_у = m_эа / q_эа - удельная масса, т/м³, которая может быть принята по справочным данным или найдена по массе m_эа и вместимости ковша q_эа экскаватора прототипа.

При известной величине q массу экскаватора можно также определить из уравнения [1]

m_э = m _уд q _э L _к,

где m _д – удельная масса, зависящая от типа ходового устройства и исполнения рабочего оборудования, для гидравлических гусеничных экскаваторов с цевочным зацеплением гусениц в среднем m _уд = 4,25 т/м⁴, с гребневым зацеплением m _уд = 2,3... 4,1 т/м⁴, для пневмоколесных экскаваторов m _уд = 4,5… 5,5 т/м⁴; L _к – рабочий размер, принимаемый равным максимальной глубине копания Н _к (м) для обратных лопат и максимальному радиусу копания R _к (м) для прямых лопат.

Отдельные авторы рекомендуют определять массу экскаватора, при известной величине q, из условия обеспечения запаса по сцеплению ходового устройства с грунтом при копании поворотом ковша на уровне стоянки машины. При этом принимается стружка срезаемого грунта максимальной толщины h _mах, касательные составляющие силы копания Р₀₁ горизонтальные.

Для такого случая

m_э = Р_{01 mах} / g μ, (3)

где μ = 0,7 – коэффициент сцепления ходового устройства с грунтом;

g = 9,81 м/с².

Максимальное сопротивление грунта копанию при h _mах (φ = φ ₀ = 55^о)

Р_{01 mах} = k _к R _к b_к (1 – соs φ ₀ ),

где k _к = 0,20…0,25 МПа – удельное сопротивление копанию (для грунта с С = 12); ______

R _к ≈ (1,4…1,6) √ q / b_к - радиус, описываемый режущей кромкой зуба

ковша, м;

₃ ___

b_к ≈ 1,5 √ q - 0,26 - ширина по внутренним стенкам ковша, м;

φ – угол поворота ковша, град.

Возможно также, что исходные данные задаются только вме­стимостью ковша, или только массой экскаватора, или же двумя этими параметрами. Приведенные графики и корреляционные зависимости позволяют по одному параметру вычислить второй, а также определить параметр Н_к R _к как некоторую геометрическую характеристику забоя. Для вычисления каждого из множителей, входящих в это произведение, можно использовать отношение R _к / Н_кпо данным аналогов.

Окончательно рабочие размеры определятся после того, как будут известны размеры элементов рабочего оборудования и установлены их угловые перемещения.

2.3.3 Основные размеры базовой части экскаватора

Размеры базовой части экскаватора определяются для основного вида рабочего оборудования. У гидравлического экскаватора таковым является обратная лопата.

Основные размеры экскаваторных движителей назначаются из условий обеспечения их передвижения в заданных режимах, а также устойчивого равновесия при экскавации грунта.

Гусеничное ходовое оборудование применяется обычно при q ≥ 0,8… 1,0 м³, хотя в отечественной и зарубежной практике известны исключения. Для гусеничных движителей основными размерами являются продольная база ι_г –расстояние между осями ведущей звездочки и натяжного колеса, колея К и ширина гусениц b_г (рис. 8).

Рис. 8. Схема основных размеров базовой части

одноковшового экскаватора.

Продольная база экскаватора определяется (м) из уравнения

₃ ____

ι_г = К_д √m _з (4)

где К_д = 1,1 – для экскаваторов с гусеничным движителем;

m _з – масса экскаватора, т.

По условиям равной устойчивости экскаватора при положении рабочего оборудования вдоль и поперек гусениц тележки базу и колею желательно назначать одинаковыми. В практике проектирования гидравлических экскаваторов отношение колеи К экскаватора к продольной базе ι_г принимают равными а = К/ ι_г = 0,76 … 0,82.

База ι_г и ширина гусеницы b_г должны быть достаточными, для того чтобы среднее давление гусениц на грунт не превышало предельно допустимое для расчетного грунта значение [р_ср], т.е.

Р _ср = m_з g / 2 ι_г b_г ≤ [р_ср], (5)

₃_____

где g = 9,81 м/ с²; b_г = 0,22 √m _з g - ширина гусеницы;

[р_ср] = 0,04 … 0,05 МПа - для экскаваторов ІІ и ІІІ размерных групп; 0,05 … 0,06 для ІV размерной группы и 0,07 … 0,09 МПа для V и VІ размерных групп.

Диаметр опорно-поворотного круга определяется по эмпирической формуле ₃ ___

D _опу = (0,45… 0,47) √m _з.

Меньшие значения коэффициента пропорциональности соот­ветствуют меньшим массам экскаватора.

Выбранные размеры К и b_г проверяют на возможность вписывания опорно-поворотного устройства (ОПУ) в пространстве между гусеницами с гарантированными зазорами ∆ = 100… 150 мм с каждой его стороны. Эти требования удовлетворяются при соблюдении следующих соотношений:

_________________________

К ≥ D _опу / 2 + ∆ √ [(D _опу / 2)] ² ₊ m_з g а / 2 [р_ср]

m_з g а / (2 К [р_ср]) ≤ b_г ≤ К – (D _опу _ 2 ∆); ι_г = К / а. (6)

Окончательно размер D_опу определяют при прочностном расчете из условия обеспе­чения передачи нагрузок от верхней поворотной части экскава­тора на нижнюю раму и гусеничную тележку.

Другие размеры гусеничных тележек назначают по подобию с наиболее прогрессивными моделями экскаваторов проектируе­мого типа или определяют по эмпирическим уравнениям в зависимости от массы экскаватора.

Высота гусеничного хода (м) может быть определена из выражения

₃ ____ _{__________}

Н _г ≈ 0,3 √ m _з, (7)

или назначена по подобию и в соответствии с массой экскаватора [6].

Просвет под поворотной платформой зависит от принятой габаритной высоты гусениц и определяется из выражения

К_л = (1,25…1,30) Н_г. (8)

Высота балок платформы (м), принимается равной

_{3 --------}

h _пл = (0,15…0,19) √ m _з. (9)

Раз­меры поворотной платформы определяют конструктивной прора­боткой по условиям размещения на ней силового оборудования, насосов, аппаратов и других устройств, обеспечивающих функ­ционирование гидравлической системы экскавато­ров, кабины управления, стоек или проушин для крепления стрелы и других устройств.

Габаритную ширину поворотной платформы В_{п л} и базовой части В _х ограничивают габаритной шириной железнодорожного подвижного состава, равной 3,25 м.

Радиус хвостовой части поворотной платформы (м) должен быть не более

r_хв ≤ 0,5 ι_г + ι₁ + (Н _r + ∆) сtg ρ, (10)

где ι₁ = (0,6…0,7) – расстояние от опорного контура экскаватора до подошвы отвала грунта, м; ∆ = 0,15…0,25 – зазор, м; ρ = 45^о – угол естественного откоса отвала грунта.

Пневмоколесное ходовое оборудование. Пневмоколесный движитель применяется обычно на экскавато­рах с вместимостью ковша q =0, 5... 1,0 м³, но также могут быть и имеют место исключения.

Базовая часть одноковшовых экскаваторов на пневмоколесном ходу отличается лишь движителем, а поэтому и высотным положени­ем поворотной платформы (рис. 9).

Рис. 9. Схема к определению основных размеров базовой части

пневмоколесного одноковшового гидравлического экскаватора.

Диаметр колес и размеры пневматических шин определяют по возможной максимальной нагрузке на колесо (когда выносные опо­ры не принимают участия в работе) для двух расчетных положений (рис. 10):

I) при расположении стрелы по продольной оси ма­шины;

2) когда ось стрелы направлена на одно колесо.

Если принять, что нагрузка от ходовой части G _к распре­деляется по колесам равномерно, то полная нагрузка на колесо составит (рис. 10):

Р + G _к М _х М _yо

Р_кол = ——— ± ——— ± ———, (11)

4 2 К 2 ι _к

где Р– результирующая сила весовых и рабочих нагрузок, при­веденная к центру опорного контура (точка О) путем замены ее вертикальной силой Р, действующей в точке О и моментов в двух плоскостях;

М _х = Р ι sіn β _пч; М _yо = Р (ι соs β _пч + ι _пч);

ι _пч– смещение центров поворотной и ходовой частей.

На предварительной стадии расчета силу Р,кН, можно принять равной сумме весовой нагрузки от поворотной части экс­каватора 0,64 m _э g и наибольшей силы копания для данной раз­мерной группы экскаватора, т.е.

Р = 0,64 m _э g + Р_{01 mах}.

Рис. 10. Схема к опреде­лению нагрузки на колесо.

Для первого расчетного положения нагрузка на колеса составит

Р + G _к Р(ι + ι _пч) Р + G _к Р (ι + ι _пч)

Р_{коп А,Д} = ——— – ————; Р_{коп В,С} = ——— + ————.

4 2 К 4 2 ι _к

Для второго расчетного положения нагрузка на колесо G составит

m _э g + Р _01mах Р (ι соs β_пч + ι _пч) Р ι sіn β _пч

Р_{кол С} = —————— + ———————— + ————

4 2 ι _к 2К

По максимальному значению Р _кол выбирается типоразмер шины [4, табл. 2.26].

Затем выбранную шину необходимо проверить на прогиб [4, с. 77]

______

y = (0,3 √1 / DВ) Р_mах / p ≤ [ y] = (0,03…0,04) D_к.

______

Нагрузка на баллон Р_mах = 0,12 p √ D_к³ В _ш.

Здесь p – давление воз­духа в камере, Па; D_к, В_ш –наружный диаметр и ширина шины, м.

Наружный диаметр шины без нагрузки, м,

D_к = 2,16 В_ш + d,

где d – внутренний диа­метр шины (второе число в обозначениях шины), м.

Обычно передние коле­са одношинные, а задние двухшинные.

Продольная база пневмоколесных экскаваторов составляет

₃ ___

ℓ_к = (1,38…1,13) √ m _э, (12)

а поперечная база (колея)

К = (0,85…0,73) ℓ_к . (13)

Здесь коэффициенты пропорциональности соответствуют массам экскаваторов m _э= 10...15 т.

Ось вращения поворотной платформы смещена от середины ходовой тележки к задним колесам на 1 / 6 базового расстояния (рис.9), т.е.

ℓ _пч = ℓ_к / 6.

Просвет под поворотной платформой

К _п = 1,04 D _к . (14)

Остальные размеры базовой части пневмоколесных экскавато­ров определяются так же, как и для гусеничных.

2.4 Определение линейных размеров рабочего оборудования

Параметры проектируемого ковша рассчитывают по заданной величине q (м³), используя формулы подобия вида

₃ __

ι = k √ q,

где ι – общее обозначение определяемого параметра; k – коэффициент подобия.

В работе [5] рекомендуются следующие соотношения между основными размерами (м) ковша (рис. 11)

_{_______ 3} ___{______ _______ 3} __

R ₁ = 1,1 √ q + 0,26; ℓ = 0,8 √ q + 0,2;

₃ __ ₃ __

R_к = 1,25 √ q + 0,25; r₂ = 0,45 √ q + 0,08; _{_____ _______ 3} ___{______ 3} __

В _к = 1,51 √ q - 0,26; r₁ = 0,22 √ q + 0,2;

а / в = 2,0…3,0; α = 48^о…52^о; α₁ = 27^о…32^о;

угол заострения боковых кромок 16…20^о.

Используя эти зависимости, рассчитывают параметры ковша, по которым выполняется его чертеж. Произведение площади боковой поверхности ковша на его ширину В _к должно быть равно q с допустимым отклонением ± 2%.

Рис. 11. Ковш обратной лопаты гидравли­ческого экскаватора.

Линейные размеры рабочего оборудования. В расчетной кинематической модели рабочего оборудования обратная лопата (рис. 12) гидравлического экскаватора стрела, рукоять и ковш отображаются звеньями соответственно ℓ_с, ℓ_р и ℓ_к, являющимися в выбранном масштабе кинематическими дли­нами соответствующих элементов, измеренными по осям концевых шарниров (соединения стрелы с платформой и рукоятью, рукояти со стрелой и ковшом, для ковша – от шарнира до ре­жущих кромок зубьев).

Кинематическую длину ℓ _к ковша определяют через радиус R_к (рис.11), описываемый при повороте ковша режущими кром­ками зубьев, который согласно действующему отраслевому стан­дарту вычисляют в зависимости от вместимости q(м³) как

₃ ___

R_к = 1,25√ q + 0,25 м.

С учетом износа зубьев, в среднем равного 2/3 от предельного износа,

ℓ _к ≈ 0,95 R_к.

Кинематическую длину двух других элементов рабочего оборудования стрелы и рукояти (ℓ_с, ℓ_р) определяют из условия обеспечения заданных рабочих размеров и удержания в ковше грунта без просыпания при любых положениях стрелы и рукояти. Лучшим решением этих размеров будет такое, при котором металлоемкость рабочего оборудования будет минимальной, подстреловое пространство достаточно заполнено надземной частью осевого профиля рабочей зоны, а «подкоп» под ходовое оборудование будет незначительным.

Линейные размеры рабочего оборудования обратной лопаты (рис.12) при заданной максимальной глубине копания Н_к за­висят также от массы экскаватора m _э высотных размеров h _{п с,} h _{ц с} и размеров опорного контура базовой части машины, в частности ℓ_г или ℓ_к.

Рис. 12. Схема к определению основных размеров

рабочего оборудования.

Предварительно параметры рабочего оборудования определяются по эмпирической зависимости

П = k ¹ А (1 ± k_v), (15)

где П - искомый параметр, м; А – величина, зависящая от типа ходового оборудования, м; принимается для гусеничных экскаваторов А = 0,5 ℓ_к;

k ^ا и k_v – коэффициенты соответственно пропорциональности и вариации, принимаемые по таблице 3.

Таблица 3. Данные к определению параметров рабочего оборудования обратная лопата гидравлического экскаватора [4].

Наименование элементов рабочего оборудования и других размеров	Коэффициенты
k^ا	kv
Длина стрелы, ℓ с Длина рукояти, ℓ р Радиус ковша, R к Высота пяты стрелы, h пс Радиус поворота пяты стрелы, r пс Высота шарнира цилиндра стрелы, h цс Радиус поворота шарнира цилиндра стрелы, r цс Расстояние от пяты стрелы до шарнира штока цилиндра стрелы, ℓ 1 Расстояние от шарнира штока цилиндра стрелы до шарнира поворота рукояти, ℓ 2 Длина консоли рукояти, ℓ 3 Расстояние между шарнирами, ℓ 4 Расстояние между шарнирами, ℓ 5 Расстояние между шарнирами, ℓ 6 Расстояние между шарнирами, ℓ 7 Расстояние от пяты стрелы до шарнира рукояти, ℓ 8 Угол излома стрелы, ∆ t, рад	3,62 1,39 0,89 1,22 0,32 0,93   0,67   1,50   2,32 0,49 0,24 0,35 0,35 0,27   2,34 2,38	0,15 0,20 0,15 0,16 0,39 0,17   0,29   0,15   0,19 0,38 0,27 0,24 0,26 0,26   0,21 -

Следует иметь в виду, что максимальная глубина копания реализуется только при копании траншеи. Тогда Н _{к mах} = Н _кт. Глубина копания котлована тем же рабочим оборудованием будет сос­тавлять Н _кк= (0,70...0 625) Н_нт .

Вычисленные по эмпирической зависимости (15) основные ли­нейные размеры рабочего оборудования и имеющие предварительный ориентировочный характер следует проверить по условию обеспечения минимальной энергоемкости копания поворотом ковша и поворо­том рукояти.

В этом случае радиус копания поворотом ковша составит

R _к = [ 2 q k _н / b _к k _рых (π φ _кк – sinφ_кк )] ^0,5. (16) 180

Длина ковша с учетом износа зубьев, равного 0,75 от пре­дельного износа, будет равна ℓ _к ≈ 0, 95 R. (17)

Длина рукояти может быть проверена по формуле

ℓ _р = (q k _н / h _с b _к k _рых φ _рк) - R_к. (18)

Здесь b _к – ширина ковша, м; принимается по таблице А1;

k _н, k _рых – коэффициенты наполнения ковша и рыхления грунта (таблица 1);

φ _кк – угол поворота ковша, град.; принимается φ _кк = 100^о;

h _с – средняя толщина срезаемой стружки, м; принимается h _с = (0,22…0,25) R _к [5]; φ _рк – угол поворота рукояти, град; принимается φ _рк ≈ 50^о.

Параметры стрелоподъемного механизма должны обусловить ми­нимально возможную металлоемкость рабочего оборудования. Это требует рационального расположения пяты стрелы и пяты стрело­подъемного гидроцилиндра (рис. 13), координаты которых (в м) следует уточнить по эмпирическим зависимостям [I]

r _пс = r _цс - 0,18 ℓ _г; h _пс = h _цс - 0,15 ℓ _г; (19)

или по рекомендациям [5]

r _цс ≤ (0,30...0,325)D _опу; r _цс = 0,5 D _опу + (0,10...0,15);

h _пс = h _цс + (r _цс - r _цс + S _о соs ν ₁), (20)

где S_о – длина стрелоподъемного гидроцилиндра в сложенном состоянии, м; принимается для экскаваторов Ш-У размерных групп [5] S _о = 1,8 м; ν₁ = (72...74°) – допустимый угол давления в шарнире "шток-стрела".

Рис. 13. Схема к определению координат крепления стрелы.

2.5 Построение рабочей зоны

Рабочая зона полноповоротного экскаватора – замкнутая торообразная

фигура вращения. Вертикальное сечение ее (рис.14) определяет­ся предельными кинематически воз­можными положениями режущей кром­ки рабочего органа. Для обеспече­ния необходимых перемещений ковша в рабочей зоне экскаватором 1...УП размерных групп задаются выработанными практикой угловыми перемещениями [I]: стрелы α_св + α _сн = 100…85°, рукояти α _р = 110...90°, ковша α _н = 160…140° с на­чальным отворотом от рукояти α _{к нач} = = 25…15° при отношении ℓ _с / ℓ _р= I,8...2,8.

Выбранные размеры звеньев ℓ _с , ℓ _р, ℓ _к должны обеспечить основ­ные размеры зоны (рис. 14):

Н_к- максимальную глубину ко­пания при α _сн ≤ (52...45°); стрела предельно опущена, звенья ℓ _р и ℓ _к вертикальны (положение О₁ О₃ N J);

R_кс- наибольший радиус копания на уровне стоянки экскавато­ра; рукоять предельно отвернута, и звенья ℓ _с и ℓ _к спрямлены в одну линию (положение О₁ Р N ₂ М);

Н _в - наибольшая высота выгрузки; поворот стрелы на α _св с фиксированными на ней рукоятью и ковшом (положение О₁ Р N ₂ М).

Удовлетворяющие этим требованиям размеры ℓ _с и ℓ _р чаще определяют по рабочим размерам Н _к или R _к.с, а высота выг­рузки Н _впри указанных выше угловых перемещениях стрелы удовлетворяются автоматически. Следует отметить, что при таком выборе ℓ _с и ℓ _р обычно только один из рабочих размеров будет в точности равен заданному, а остальные будут больше заданных_..

По результатам этих расчетов строится осевой профиль рабо­чей зоны обратной лопаты, контур которого состоит из дуг окружностей О₁, О₂ …, О₈

(рис. 14).

Рис. 14. Осевой профиль рабочей зоны обратной лопаты.

На основе предварительных расчетов параметров базовой час­ти, рабочего оборудования и построения рабочей зоны экскаватора следует вычертить общий вид машины в двух проекциях, используя чертежи экскаватора - аналога. Окончательно определяются места и конструкции крепления цилиндров и штоков, уточняются конструк­ции рычажных механизмов поворота ковша и проверяется обеспечение ими всех движений ковша, рукояти, стрелы в заданных пределах угловых перемещений.

Конструкции ковша, рукояти и стрелы следует разрабатывать с учетом последних достижений в практике проектирования этих устройств, а также особенностей конструкции рабочего оборудова­ния экскаватора-аналога.

2.6 Определение параметров гидроцилиндров

В практике проектирования одноковшовых экскаваторов широко применяют расчеты, базирующиеся на использовании понятия удельной энергоемкости копания, которые позволяют предварительно определить объемы гидроцилиндров, обеспечивающих копание грунта (гидроцилиндров поворота рукояти и ковша).

Исходя из равенства работ, выполняемых гидроцилиндром и затрачиваемых машиной на копание грунта при заполнении ковша вместимостью q(в м³), можно записать

р F_ц L _ц η η _о = q k _к k _н / k _рых.

Из этого уравнения потребный рабочий объем гидроцилиндра, дм³,

q _ц = F_ц L _ц = q k _к k _н / р k _рых η η _о, (21)

где k _к- удельная энергоемкость копания, кПА (таблица 2); при­нимается для высшей категории грунта по заданию; k _н, k _рых – коэффициенты наполнения ковша и разрыхления грунта (таблица 2); р – давление рабочей жидкости, МПа; η - к.п.д. системы поворота рукояти (ковша); η _о - коэффициент использования мощности привода; принимаются η = 0,8…0,85 и η _о = 0,8… 0,9.

Аналогично, исходя из определения работы, затрачиваемой на преодоления сил тяжести, определяют необходимые объемы гидроцилиндров подъема стрелы с рабочим оборудованием:

q _ц = М g h _ц / р η,

где М – масса рабочего оборудования, кг; h _ц – высота подъема центра тяжести рабочего оборудования, м, определяемая по разности отметок в его верхнем и нижнем положениях.

Рабочий объем гидроцилиндра дм³, выраженный через его диаметр D_ц (м) и ход поршня L _ц (м), составит

q _ц = 1000 D² _ц L _п π / 4= 250 π D² _ц L _п, (22)

откуда диаметр гидроцилиндра (м) будет равен

_______

D_ц = 0,564 √ q _ц / L _п. (23)

Величины L _п гидроцилиндров стрелы, рукояти, ковша устанавливаются по условию обеспечения угловых перемещений этих элементов рабочего оборудования. Для привода стрелы и рукояти предварительно можно принимать (с последующим уточнением) гидроцилиндры с ходом поршня L _п = 1.25 м [10].

Требуемая подача насоса, дм³/с,

Q _н = q _ц / t _р, (24)

где t _р – время рабочего хода гидроцилиндра, с.

Мощность привода гидронасоса

N _н = Q _н р / η = q _ц р / t _р η.

Обычно требуемую мощность (кВт) насосной установки определяют по наиболее трудоемкой операции копания

N _н = q _ц р / t _коп η,

где t _коп – время, расходуемое на операцию копания грунта, с; принимается t _коп = 0,3 t _ц ; t _ц – продолжительность цикла, с; принимается по таблице А1.

При совмещении операций мощность привода экскаватора составит

N = Σ N _i,

где Σ N _i – сумма мощностей привода насосов, участвующих в совмещенных операциях.

На современных гидравлических экскаваторах обычно совмещают две или три операции (например, подъем стрелы и поворот рукояти, подъем стрелы и поворот платформы). Наиболее целесообразна схема, при которой каждый механизм питается от своего насоса. Производительность насосов и мощность их привода должна быть достаточной для достижения желаемых скоростей, которые должны быть увязаны с продолжительностью операций цикла.

По известной мощности двигателя и заданному давлению в гидросистеме подбирают гидронасос экскаватора. Давление жидкости в гидросистеме современных экскаваторов составляет не менее 25 МПа. Применяют регулируемые гидронасосы с диа­пазоном регулирования 2...2,5.

2.7 Расчет нагрузок на рабочее оборудование

2.7.1 Определение сопротивлений грунтов копанию

После предварительного выбора размеров элементов рабочего оборудования, гидроцилиндров и гидронасосов проводят уточненный проверочный расчет рабочего оборудования, основными задачами которого является определение усилий копания на режущей кромке (зубьях) ковша и работы копания обеспечиваемой машиной, категории грунта, который может разрабатывать экскаватор, а также нагрузок на рабочее оборудование, поворотную платформу, ходовое оборудование и др. Данные этих расчетов используются также для расчета конструкции машин на прочность.

В общем случае при копании на рабочее оборудование действуют сопротивление грунта отделению от массива и гравитационные силы – собственные, присоединенных элементов и транспортируемого в ковше грунта.

Главной рабочей нагрузкой является сопротивление грунта копанию, кН,

Р ₀₁ = k _к В _к h = k _к F, (25)

где k _к – удельное сопротивление грунтов копанию, кПа (табли­ца 2);

В _к и h – ширина и толщина среза грунта, м.

Исходя из равенства объемов ковша и снимаемой стружки q _к k _н =

= ℓ _кол F k _р площадь поперечного сечения срезаемой стружки грунта (м²) при криволинейной траектории движения ковша

F = q _к k _н / ℓ _кол k _р . (26)

Путь копания поворотом ковша его гидроцилиндром (рис.15),

ℓ _{кол. к} = 2 π ℓ _к α _р / 360. (27)

Путь копания (м) поворотом рукояти определится из выражения (рис.16),

ℓ _{кол. р} = 2 π (ℓ _р + ℓ _к) α _р / 360.

Сопротивления копанию определяют для грунтов всех категорий, указанных в задании.

2.7.2 Расчет активных и реактивных сил и давлений

в гидроцилиндрах рабочего оборудования при копании грунта

Копать грунт обратной лопатой гидравлического экскаватора можно поворотом рукояти (при неподвижной стреле), поворотом ковша (при неподвижной стреле и рукояти) или совместным движением рукояти и ковша.

При копании грунта толщина стружки и усилие резания величины переменные. Угол поворота, отвечающий срезанию стружки максимальной толщины, составляет: при копании рукоятью φ ≈ 30-40^о, при копании ковшом φ ≈ 60-65^о.

По общепринятому методу, существующему в практике расчетов гидравлических экскаваторов, при определении усилий в гидроцилиндрах рабочего обо­рудования траекторию копания разбивают на восемь - десять примерно равных положений, полагая, что в каждом из них на режущей кромке ковша действует усилие Р₀₁. Со­ставляя соответствующие уравнения моментов, определяют уси­лия, возникающие в цилиндрах ковша, рукояти и стрелы. В ре­зультате устанавливают максимальные усилия, по которым вы­числяют площади сечения цилиндров (см. подразд. 2.6), прини­мая давление жидкости на 10% меньше расчетного давления насоса в связи с наличием внутренних сопротивлений в системе. Зная площади сечений цилиндров и расход жидкости, обеспечи­ваемый насосом, получают скорости перемещения штоков гидро­цилиндров. Оптимальные значения последних находятся в пре­делах 0,2...0,4 м/с и не должны превышать 0,5 м/с.

Обязательными являются расчеты по определению реактивных (пассивных) сил и давлений в запертых полостях гидроцилиндров стрелы и рукояти при работе цилиндром ковша, а также в гидроцилиндрах ковша и стрелы при работе гидроцилиндром рукояти, так как в некоторых случаях они накладывают ограничения на возможные касательные усилия на режущей кромке ковша и выбор параметров рабочих гидроцилиндров. Расчеты ведут подобно изложенному методу определения усилий в цилиндрах рабочего оборудования экскаватора, полагая, что в соответ­ствующий цилиндр жидкость поступает при максимальном дав­лении. Реактивные давления не должны превышать принятого давления в системе более чем в 1,5 раза. В противном случае следует увеличить диаметры цилиндров либо уменьшить уси­лие Р₀₁.

2.7.2.1 Определение активных сил на зубьях ковша

при копании гидроцилиндром ковша

Расчетное положение рабочего оборудования показано на рис.15: стрела предельно опущена, а рукоять отвернута.

В цилиндре ковша с площадью поршня F (м²) действует дав­ление P_n(МПа) и развивается усилие на штоке (кПа)

P_цк = 10³ P_n F. (28)

Из суммы моментов относительно точки С Σ М _с = 0 определяется усилие в тяге (кН)

Т = Р_цк ℓ _{цк с} / ℓ _{т с} . (29)

Рис. 15. Схема к расчету нагрузок на рабочее оборудование

при копании гидроцилиндром ковша.

Из суммы моментов относительно точки О (Σ М _о = 0) определим касательное усилие на режущей кромке ковша по усилию цилиндра ковша. Для каждой точки траектории движения ковша при полном угле поворота ковша α _к касательная составляющая сопротивления копанию на­ходится из выражения (рис. 15)

Р₀₁ = (Т ℓ _{т 0} ± G _к ℓ _{к 0}) / ℓ _к. (30)

Промежуточные и окончательные результаты расчетов целесо­образно сводить в таблицу и строить график зависимости Р₀₁ = ƒ (α _к).

2.7.2.2 Определение реактивных сил и давлений в гидроцилиндре

рукояти при копании гидроцилиндром ковша

Реактивные силы в гидроцилиндре рукояти (кН) определяются из уравнения статического равновесия сил относительно шарнира В(рис. 15)

_р

Р₀₁ ℓ _р01В + G _к ℓ _кВ + G _р ℓ _рВ - Р _{ц р} ℓ _{ц рВ} = 0,

откуда _р

Р _{ц р} = (Р₀₁ ℓ _р01В + G _к ℓ _кВ + G _р ℓ _рВ) / ℓ _{ц рВ}. (31)

Реактивное давление защемленного объема рабочей жидкости в гидроцилиндре рукояти (МПа) при площади поршня F (м²) составит

_р

р _{ц р} = Р_{ц р} / 10³ F.

Величины Р_{ц р} и р _{ц р} определяются при дискретных значени­ях Р₀₁, полученных для точек 1... n на траектории движения зуба при повороте ковша от 0° до максимального значения α _к для трех расчетных положений:

- стрела предельно опущена и рукоять максимально отвернута;

- копание на глубине 2/3 от максимальной, головной шарнир стрелы на уровне стоянки экскаватора, ось рукояти вертикальна;

- рукоять горизонтальна при положении шарнира стрелы на 0,5 м ниже уровня стоянки машины.

(Примечание. Здесь и далее руководитель курсового проекта определяет, по каким из перечисленных расчетных положений рабочего оборудования осуществлять расчеты).

Результаты расчетов сводятся в таблицы и строятся графики

_р

Р_{ц р} = ƒ (α _к) и др.

Если получится, что реактивные давления превышают принятое давление в системе более чем в 1,5 раза, т.е р _{ц р} > 1,5 р _н, то следует изменить соответствующим образом кинематику рабочего оборудования или размеры гидроцилиндра рукояти.

2.7.2.3 Определение реактивных сил и давлений

в гидроцилиндре стрелы при копании гидроцилиндром ковша

Реактивные силы в гидроцилиндре стрелы (кН) определяются из уравнения статического равновесия сил относительно шарнира А(рис. 15)

_{А А А А р А}

G_с ℓ _с + G_р ℓ _р + G_к ℓ _к + Р ₀₁ ℓ ₀₁ - Р _{ц с} ℓ _{ц с} = 0,

откуда _{р А А А А А}

Р _{ц с} = [Р ₀₁ ℓ ₀₁ ± (G_с ℓ _с + G_р ℓ _р + G_к ℓ _к)] / ℓ _{ц с}. (32)

Реактивные давления (МПа) защемленного объема рабочей жидкости в гидроцилиндре стрелы определяются из выражения

_р

р _{ц с} = Р _{ц с} / 10³ F,

где F – площадь поршня (м²) гидроцилиндра стрелы, на которую действует давление р _{ц с} (МПа). _р

Реактивные силы Р _{ц с} и давления р _{ц с} определяются сучетом действия сил Р₀₁ в точках 1...n на траектории движения зуба при повороте ковша от 0° до α _{к mах} для двух расчетных положений:

- стрела предельно опущена, рукоять максимально отвернута;

- копание на глубине 2/3 от максимальной, головной шарнир стрелы на уровне стоянки экскаватора, ось рукояти вертикальна.

Результаты расчетов сводятся в таблицы и строятся графики

_с

Р_{ц с} = ƒ (α _р) и др.

Если получится, что реактивные давления превышают принятое давления в системе более чем в 1,5 раза, т.е р _{ц с} > 1,5 р _н, то следует изменить соответствующим образом кинематику рабочего оборудования или размеры гидроцилиндра стрелы.

2.7.3 Определение активных сил на зубьях ковша

при копании гидроцилиндром рукояти

Расчетное положение рабочего оборудования показано на рис.16: стрела предельно опущена; рукоять максимально отвернута, и линия, соединяющая ось шарнира ковша и режущей кромки зуба, является продолжением оси рукояти.

Активная сила на режущей кромке ковша, развиваемая гидро­цилиндром рукояти, определится из уравнения моментов относительно точки В Σ М _В = 0 (рис. 16) и сос­тавит

_{в в в в}

Р₀₁ = (Р _{ц р} ℓ _{ц р} ± G _р ℓ _р ± G _к ℓ _к) / ℓ _{р 01}. (33)

Результаты расчетов сводятся в таблицу и строится график.

2.7.3.1 Определение реактивных сил и давлений в гидроцилиндре

ковша при копании поворотом рукояти

_{о о о}

Из Σ М

Дата добавления: 2015-07-07